低流量数字麻醉系统的小鼠和大鼠的用途

摘要

Here, we present a protocol to more safely and efficiently administer anesthetic gas to mice using a digital, low flow anesthesia system utilizing a syringe-driven direct injection vaporizer.

摘要

A traditional vaporizer depends on flowing gas and atmospheric pressure for passive anesthetic vaporization. Newly developed direct injection vaporizers utilize a syringe pump to directly administer volatile anesthetics into a gas stream. Unlike a traditional vaporizer, it can be used at very low flow rates, making it ideal for use on mice and rats.

The equipment's capability to use low flow rates could result in a substantial cost savings due to the reduced need for anesthetic agents, compressed gas, and charcoal scavenging filters¹. A lower flow rate means less waste of anesthetic gas and likely reduces the risk of anesthetic exposure to laboratory personnel. Thus, the high levels of precision and safety associated with direct injection vaporizers, along with a reduced need for anesthetic agents, compressed gas, and charcoal filters are beneficial for research requiring small animal anesthesia.

The goal of this protocol is to demonstrate the use of a syringe-driven direct injection vaporizer as part of a digital, low-flow anesthesia system. The direct injection vaporizer is capable of accurately delivering anesthesia at very low flow rates compared to a traditional vaporizer, making it a promising alternative for controlled gas anesthetic delivery to rodents.

引言

有迹象表明，0.5-10升/分钟²流量之间的操作可兽用许多精密喷雾器。这些流量是不理想的老鼠相比，它们的小每分钟呼吸量范围为高。高流速不会在兽医实践建议由于它们促进低温和呼吸道^3,4-干燥的。此外，许多普通兽医汽化器制造商的手册警告高流速可能导致背压的波动的发生增加。还已经表明，许多标准汽化器变得不准确低于500ml /分的流速，和该速率被认为是在兽医领域^5-7最小流率。

动物可以保持在T形件的电路，或使用低至1.5-2.2倍动物的分钟量^8-10流速改性贝恩电路。这些流量被认为是sufficien吨至到期防止气体再呼吸，防止血液中二氧化碳浓度⁸的增加。使用该流速建议，30 G鼠标可维持在流速低高达52毫升/分钟，高于最低传统蒸发器的接受500ml /分少了近十倍。

而传统的汽化器取决于气流并用于被动麻醉剂汽化大气压，直喷汽化器测量总新鲜气体流并直接注入蒸汽到气体流^2。一些直接喷射喷雾器利用注射器泵施用麻醉剂到气体流中。计算机化控制允许这些系统来自动调节注射泵的速度来注入达到麻醉剂的所需浓度所需的液体试剂的量。注射器驱动的蒸发器可用，并批准用于临床和儿童使用，许多类似的配置视为美学在临床实践中^11-16节约型的设备。他们的批准后不久，随着注射泵喷雾器麻醉节约设备被改编为在动物研究^8,17,18使用。不同于传统的蒸发器，利用一个注射泵直接喷射系统不是由最小流率，以保持精度的限制。出于这个原因，这种技术非常适用于啮齿动物麻醉并在低流率是必要的其它实例中使用。与此蒸发器设计相关的益处和潜在的成本节约启发专门为啮齿类^1,19,20设计新麻醉系统的发展。这种新的系统还包括一个内置的气泵，允许用户管理麻醉而不需要压缩气体源。作为一个额外的好处，该系统是预先校准为与两个异氟醚和七氟醚的使用。凭借在实验动物领域引进这项技术的蒸发器，我t是现在有可能在流速接近推荐的水平麻醉小实验室动物，而不需要压缩气体。

研究方案

所有研究均按照监管和制度指引完成。这项研究的动物方面是由肯特科技公司使用动物计划，由普渡大学动物护理和使用委员会（PACUC）认可的评估，并按照指南实验动物²²的管理和使用进行。

注:本协议所使用的低流量数字麻醉系统配备有集成脉搏血氧饱和度。

1.建立集成式脉搏血氧仪低流量麻醉系统

1. 异氟醚交货
   1. 选择载气源。要利用内部空气泵，旋进气口上背部，使内部泵吸入室内空气。
   2. 连接活性炭罐到排气口。
   3. Y型适配器连接到低流量，数字麻醉系统的前面。使用颜色编码剪辑连接白色分支到t他鼻锥和蓝色分支到感应腔室。
   4. 关闭白色夹子夹并打开蓝色夹子夹直接的气流室。
   5. 选择2毫升注射器。
2. 对于生理监测，使用集成式脉搏血氧仪
   1. 连接脉搏血氧计爪子传感器端口上的低流量麻醉系统的背面，标有"AUX"。

2.配置设置

1. 麻醉
   1. 电力麻醉系统，并进入设置菜单。按设置访问红色主菜单 > 麻醉 > 设置 。
   2. 选择麻醉剂。按设置为突出型ANEST为红色。使用向上和向下箭头选择异氟醚。
   3. 设置注射器大小。按设置以突出锡尔河大小 。使用向上和向下箭头选择2毫升注射器。
   4. 设置空位。按设置为highlight红色设置空 。通过将注射器使注射器保持夹具上的注射器的金属套环就位固定在注射器保持块为空，完全压下玻璃注射器。按向上或向下箭头移动推块使推块使得与注射器活塞顶部的轻微接触。按选择设置空位。
   5. 按设置以突出红色的删除 。取下注射器和填充用的瓶顶适配器异氟醚注射器。
   6. 注射器连接到麻醉系统。
   7. 总理麻醉递送管道。按设置以突出红色坯管 。向下按，直到麻醉穿过注射器进入蒸发器模块上的黑色配件。
   8. 启用麻醉。按SET UP键突出显示启用红色。使用向上和向下箭头选择是 。按Run /返回，返回到主菜单。
   9. 选择一个IR供应和每分钟通气量。按SET UP突出供气红色。使用向上和向下箭头键选择内置泵 。按设置以突出红色的分卷 。设定流速250毫升/分钟。
2. 生理监控
   1. 设定的最低检测心脏速率鼠标（240）。按SET UP键进入主菜单 > MouseStat，用上下箭头设定最低心脏速率。

3.开始麻醉系统

1. 诱导鼠标
   1. 按Run /返回两次进入运行模式，并开始气流。
   2. 放置在感应室鼠标，关闭盖子紧。调节麻醉剂浓度旋钮3％。
   3. 监测直到鼠标已经达到麻醉的所需平面，通过翻正反射损失决定。调节麻醉剂浓度是必要的。
   4. 一旦动物失去其翻正反射一ND充分麻醉，打开麻醉浓度表盘为0％。笔者以前曾发现，让气流冲感应室30-60秒就足以清除室没有扭转麻醉深度^1。
   5. 快速打开白色夹子的空气直接到面罩，并关闭蓝色夹子导致感应室。
   6. 从研究者打开密室走，移开鼠标，并立即适应鼻锥。
   7. 围绕红外变暖垫，设置经由反馈回路直肠探头以维持体温在37℃的动物。
   8. 当鼠标在鼻锥稳定，调整异氟烷的浓度至1.5％，或根据需要进行维护通过转动麻醉剂浓度旋钮。
   9. 减少分钟通气量进行​​维护。的最小流量，以支持动物等于动物的分钟量1.5-2.2倍（在30 G鼠标，最小52毫升/分钟）。指制造商的说明为一个推荐流量具体设定为鼻锥样式，并根据需要进行调整。按SET UP键进入主菜单，然后按设定键直到分卷以红色突出显示。使用向上和向下箭头调整目标流量。按Run /返回，返回到主屏幕。
   10. 确认麻醉深度为叉指捏过程中缺乏撤退反射的决定。应用眼药膏的眼睛，以防止在麻醉过程中干燥。

4.开始机能监测

1. 将传感器放到后掌垫。从而使红灯爪子底下，照亮了爪子传感器的位置。使用屏幕上的向上和向下箭头以显示oxiwave。动物现在已经安全使用低流量，注射器驱动，数字蒸发器麻醉。

5.取下动物

1. 关闭麻醉系统。
   1. 要停止麻醉剂的递​​送，把麻醉剂浓度旋钮民（或0％）和口罩取下动物。
   2. 监控麻醉恢复过程中的鼠标。一旦鼠标已经完全卧床，使其返回到笼子里。

结果

动物

3成年C57 / BL6NTac雌性小鼠（Taconic，年龄6-7周; 15重量+/- 1克）麻醉，并以1.3-1.5％异氟烷维持而心脏速率，氧饱和度，和呼吸速率进行了监测。所有小鼠的鼠无病原体的常规供应商测试抵达设施之前所确定。这些动物群养在了显微笼养并提供了一​​瓶免费获取标准啮齿动物食物和水。

使用异氟醚

低流量麻醉系统测量在使用期间残留在注射器麻醉剂的量。注射器中的体积，如通过麻醉系统测量，指出作为动物在维持期结束时转移到鼻锥，并再次。最终体积W从初始体积减去量化维修期间（ 图1）所消耗的麻醉剂的量。

生理参数

心脏率， _血氧饱和度和呼吸速率通过脉搏血氧饱和度（ - 4 图2）维护期间进行了监测。体温是通过一个红外暖垫保持在37.5℃。每只小鼠成功地保持以100ml室内空气的/分低流速麻醉的手术平面下60分钟后，通过从一个交叉指捏缺乏撤退反射的测定。鼠标没有清醒或在维修期间间歇应用趾间捏回应。动物的心脏速率（ 图2），血氧（ 图3），和呼吸率（ 图4）保持RELAT整个研究ively稳定。由于动物和传感器的定位，从鼠标1和鼠标3的呼吸速率的信号是间歇性的，并测量被中断。当动物的定位调整，信号改善，所测量的呼吸率是可比的他人在类似的时间点。低流量数字麻醉系统维护期间（ 图1）的60分钟期间使用的0.63毫升异氟醚的平均值。

图 1: 异氟醚异氟醚的使用在毫升超过使用数字低流量麻醉系统麻醉维持1小时用于三种不同的小鼠量请点击此处查看该图的放大版本。

图 2: 心率三只老鼠在每分钟（BPM）的初始麻醉诱导与数字低流量麻醉系统后5-60分钟节拍心脏速率请点击此处查看该图的放大版本。

图3:。 血氧饱和度三只老鼠初始麻醉诱导与数字低流量麻醉系统后5-60分钟的血氧饱和度（％） 点击此处查看该图的放大版本。

图4:。呼吸率三只老鼠在每分钟（BPM）的初始麻醉诱导与数字低流量麻醉系统后5-60分钟呼吸的呼吸速率请点击此处查看该图的放大版本。

讨论

数字低流量麻醉系统允许用户有效地麻醉在非常低流速的小鼠，而无需使用任何压缩气体。这从标准无源汽化器，其中大部分需要在约500毫升/分钟的最小流速一个压缩气体源有很大不同。标准蒸发器利用缺乏层次之间的精确刻度盘，他们必须每年维修，以保持精度。注射器驱动麻醉剂系统可以在设定流量提供麻醉剂的特定浓度来计算所述注射器泵的确切需要的速度。常规标定是不必要的，从而导致额外的成本和节省时间。

建议的最低流量，以维持在非再呼吸电路的动物是1.5-2.2倍的动物的分钟量。在这项研究中使用了100毫升/分钟的流速超过了这个最小，以传递足够的麻醉的动物。流速设置搜索GS是这种麻醉剂递送技术关键的，作为流量直接相关的异氟烷用于给定的时间内的量。当在低流速时，这种技术可以大大降低使用过程中所需的异氟醚的量，而动物仍然有效^1,19-21麻醉。

传统的蒸发器和低流量数字蒸发器之间的新设备的成本是相当的。然而，数字低流量麻醉系统具有提供任一异氟烷或七氟醚的能力。这消除了对指定异氟醚和七氟醚精度汽化器，减少了同时使用麻醉剂组初始设备成本的需求。蒸发器技术之间最近发表的比较都使用低流量数字蒸发器^1,19,20时提出节约成本随着时间的推移。这些比较的结果可用于在一年的过程中潜在的成本节约近似。如舒米恩在2小时的增量，每周5天的52周进行典型使用设置，传统的异氟烷蒸发器将消耗3.8升异氟烷，或12个250 ml瓶装。在相同的频率中使用的低流量数字汽化器将消耗只是0.32 L或二份各250ml的瓶子。活性碳罐的消耗也减少了。假设每个罐持有50克清理废气，传统的蒸发器，将填补约21木炭罐超过一年的课程。相比之下，低流量数字汽化器将需要6个或更少。传统的蒸发器将需要每年约5大气瓶，每9,500 L的内置气泵，在数字低流量汽化器某些型号的容量，省去了压缩气体的要求。如果压缩气体都被使用，则系统将使用每年¹只1气缸。

该技术可以根据需要进行修改。低流量数字vaporiz器允许用户快速和精确地调整麻醉深度。如果麻醉深度必须增加或减小时，用户​​可以使用拨号的系统的顶部增加0.1％的增量麻醉浓度。根据需要在整个过程也可调节的流速。该协议采用2毫升注射器，但更大的注射器规格可供较长的过程。内部空气泵为用户提供了麻醉动物，而不需要一个压缩气体源的选项。对于需要压缩气体或补充氧气程序时，用户具有对气体源到低流量系统连接，而不是使用周围空气的选项。用户可以继续对整个过程提供所选择的空气源，或可以在内部泵并根据需要在压缩气体源之间切换。例如，用户可将系统设置为诱导和维持期间通过内部泵输送室内空气，但提供补充氧恢复期间根。

虽然有很多优点，使用低流量数字蒸发器，也有局限性。因为冲洗阀不包括，开口之前手动冲洗用清洁空气腔室是吹扫感应腔室的唯一途径。这个系统被设计成在仅低流速操作和不提供上述800毫升/分钟，而传统的蒸发器可与流率被用于高达10升/分钟流速麻醉。因此，这种特定的系统是仅适用于小动物物种。另外，相对于传统的蒸发器系统中保持较少的麻醉剂。可能存在的注射器必须在手术期间再填充的情况。然而，可以通过填写预第二注射​​器附近，以取代空注射器可​​以减少再填充期间的延迟。注射器尺寸可达10 mL可用来减少需要重新填充注射器中端程序。最后，与传统的蒸发器中，低FL流数字蒸发器需要的电力。电池是可用于实例使用，其中电力不可用或在停电的情况下。

以前的研究已经表明，低流量数字系统相比，传统的麻醉系统^1,19,20消耗更少的异氟烷，载气，和木炭罐。清除的麻醉气体的减少也能识别垃圾麻醉气体的减少，虽然需要在这些领域进一步开展工作。红外气体光谱可用于监测废物异氟醚的生产，和剂量计徽章可以用于量化在将来的比较异氟烷暴露于实验室人员。

总之，该技术对于麻醉剂递送将是执行啮齿动物麻醉由于改善的安全性，有效性和精度比传统系统组是有益的。

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Anesthetic Equipment
SomnoSuite Low-Flow Digital Anesthesia System	Kent Scientific Corporation	SOMNO	Includes anti-spill, anti-vapor bottle top adapter; Y adapter tubing; charcoal scavenging filter
MouseSTAT Pulse Oximeter & Heart Rate Monitor	Kent Scientific Corporation	SS-MSTAT-Module	Integrated into SomnoSuite
MouseSTAT Mouse Paw Sensor	Kent Scientific Corporation	MSTAT-MSE
2 ml Glass Syringe	Kent Scientific Corporation	SOMNO-2ML
Low-Cost Induction Chamber, 0.5 L	Kent Scientific Corporation	SOMNO-0705
Low Profile Facemask, x-small	Kent Scientific Corporation	SOMNO-0304
Animal Warming
PhysioSuite Physiological Monitoring System with RightTemp Homeothermic Warming	Kent Scientific Corporation	PS-RT	Includes infrared warming pad, rectal probe, and pad temperature probe
Anesthetic Agents and Medications
Isoflurane (250 ml bottle)	Piramal Healthcare
Puralube Opthalmic Ointment	Perrigo